À l’intérieur de minuscules machines cellulaires appelées ribosomes, des chaînes de matériel génétique appelées ARN messagers (ARNm) sont associées aux ARN de transfert correspondants (ARNt) pour créer des séquences d’acides aminés qui sortent du ribosome sous forme de protéines. Les protéines non finies sont appelées chaînes naissantes et elles restent attachées au ribosome.
Les scientifiques savent que certaines de ces chaînes naissantes peuvent réguler l’activité du ribosome et que les chaînes naissantes peuvent parfois interférer avec les antibiotiques, dont beaucoup agissent en ciblant l’activité des ribosomes bactériens. Les scientifiques ne savent pas pourquoi cela se produit, principalement parce qu’il est difficile de visualiser à quoi ressemblent les interactions ribosome-peptide-médicament alors que les protéines inachevées sont encore attachées au ribosome.
Maintenant, les scientifiques de l’Université de l’Illinois à Chicago sont les premiers à rapporter une méthode d’attachement stable des peptides aux ARNt, ce qui leur a permis d’acquérir de nouvelles connaissances fondamentales sur la fonction des ribosomes en déterminant les structures au niveau atomique des ribosomes et les formes que ces peptides prennent à l’intérieur du ribosome.
Leur méthode vient d’être rapportée dans la revue Chimie naturelle.
« Le défi a été de voir de près la structure du ribosome et le tunnel de sortie en présence des peptides naissants car, dans la nature, le ribosome est très rapide pour nous pour capturer des images ou mener des expériences », a déclaré Yury Polikanov, associé professeur au département des sciences biologiques du Collège des arts libéraux et des sciences. « Jusqu’à l’avènement de cette nouvelle méthode, nous avons essentiellement été aveuglés de voir ce qui se passe dans le site actif du ribosome à ce moment critique dans le temps. »
Polikanov et son collègue Egor Syroegin, titulaire d’un doctorat. candidat en sciences biologiques à l’UIC, a utilisé une méthode appelée ligature chimique native pour fusionner des peptides personnalisés avec l’ARNt pour produire ce qu’on appelle un peptidyl-ARNt.
« L’obtention de molécules d’ARNt liées à des peptides, similaires à celles à l’intérieur du ribosome lors de la synthèse des protéines, est restée le rêve de nombreux chercheurs dans le domaine pendant près de deux décennies », a déclaré Polikanov. « Cela a été extrêmement difficile car il n’y a pas d’enzymes qui peuvent attacher directement des peptides à un ARNt. »
« La méthode est utilisée depuis longtemps en chimie, mais elle n’a jamais été appliquée de cette manière. Elle imite la nature, en gros, et grâce à notre expérience d’imagerie avancée, nous voyons maintenant comment la nature fonctionne à haute résolution », a déclaré Syroegin. a dit.
Avec cette nouvelle approche, Polikanov et Syroegin ont déterminé un ensemble de structures à haute résolution du ribosome portant des peptidyl-ARNt de différentes longueurs.
L’analyse détaillée de ces structures fournit des informations nouvelles et surprenantes sur le mécanisme du centre catalytique du ribosome et répond à plusieurs questions fondamentales de longue date dans le domaine des ribosomes, a déclaré Polikanov.
« Nous avons vu qu’en fonction de la séquence, différents peptides peuvent former différentes formes ou plis dans le tunnel ribosomal, et nous pouvons synthétiser différents peptides de différentes séquences, puis suivre leur forme très précisément, en raison de la haute résolution de nos structures », Syroegin a dit. « Alors maintenant, nous pouvons dire en toute confiance que » ces peptides, de cette séquence, ont cette forme « ou » un autre peptide a une autre forme « . C’est important car le repliement des peptides naissants détermine si les médicaments arrêteraient ou non le ribosome. »
« Cette méthode ouvre d’innombrables avenues pour des études structurelles et fonctionnelles visant à comprendre les mécanismes de fonctionnement des ribosomes, ainsi que le blocage des ribosomes spécifiques à la séquence induit par certains antibiotiques », a déclaré Polikanov.
Polikanov et Syroegin sont co-auteurs de l’article « Insights into the ribosome function from the structures of non-arrested ribosome nascent chain complexes », avec Elena Aleksandrova, spécialiste de recherche au département des sciences biologiques de l’UIC.
Plus d’information:
Egor A. Syroegin et al, Aperçus de la fonction ribosome à partir des structures des complexes ribosome-chaîne naissante non arrêtés, Chimie naturelle (2022). DOI : 10.1038/s41557-022-01073-1